3.Проблемы синергетики и глобального эволюционизма.

Проблемы самоорганизации имеют существенное значение для понимания эволюции материи, развития живых систем и преобразования социальных. Синергетика представляет собой процесс усложнения, в результате которого образуются высокоупорядоченные структуры, качественно отличающиеся от исходных.

Учение об эволюции, созданное Ч. Дарвином, показывает, как постепенно под влиянием естественного отбора происходило совершенствование видов и возникновение новых. Разумеется, что новые организации представляют собой весьма совершенные самоорганизующиеся системы, которые значительно отличаются от самоорганизующейся системы неорганической природы. Поэтому возникает вопрос: нельзя ли разработать и обосновать такую концепцию эволюции, которая раскрывала бы механизм эволюции глобального, даже космического масштаба? Иными словами: можно ли представить все формы движения материи, весь материальный мир Вселенной?

В связи с задачей выяснения роли синергетики в развитии науки Ю.Л. Климонтович указывает на любопытный исторический факт. Он напомнил своим читателям, что Людвиг Больцман в свое время назвал ХIХ век веком Дарвина, имея в виду его теорию эволюции в биологических системах, основанную на принципе естественного отбора. Именно ее Больцман и считал наиболее значительным открытием XIX века. Почему же так думал великий ученый, каким был Больцман, спрашивает себя Климонтович? Ведь ХIХ век – век термодинамики, созданной Карно, Клаузиусом, Томсоном и другими корифеями науки, век создания электромагнитной теории Фарадея-Максвелла. И, наконец, в ХIХ веке были заложены количественные основы современной кинетической теории материи, которую наряду с Максвеллом создал сам Больцман. Именно он автор первого кинетического уравнения для описания необратимых процессов, и сегодня являющегося одним из основных в современной статистической физике. Кроме того, Больцман дал первое статистическое определение энтропии неравновесных процессов и сформулировал свою знаменитую Н-теорему.

Далее Климонтович опять спрашивает себя, не есть ли высказывание Больцмана о роли Дарвина проявлением скромности великого ученого. И он отвечает, что, может быть, это отчасти и так, но главное в его высказывании – глубина замечательной научной интуиции великого ученого, которой мы удивляемся и сегодня. Несмотря на критику Пуанкаре и других ученых, несмотря на «накал страстей» в соперничестве динамической и статистической теорий необратимых процессов в сложных системах, Больцман с фантастической внутренней силой отстаивал свои взгляды, хотя и не мог в то время опираться на строгие математические доказательства своей правоты. Называя век ХIХ веком Дарвина, Больцман и утверждал, что его кинетическая теория неравновесных процессов будет основой описания процессов в открытых физических, химических и биологических системах.

Хотя рассматриваемые системы, как правило, далеки от состояния термодинамического равновесия, внутри них при определенных условиях могут возникать упорядоченные подсистемы. Например, типичным для синергетики является появление в нагреваемом снизу слое жидкости правильных геометрических шестиугольных образований. Они появляются, начиная с некоторых градиентов температуры, и носят название ячеек Бернара. В качестве второго примера можно указать поведение жидкости между двумя вращающимися коаксиальными цилиндрами. При возрастании скорости их вращения возникает движение жидкости особого вида, организованного в так называемые вихри Тейлора, в которых жидкость движется то наружу, то внутрь в горизонтальных слоях. Дальнейшее увеличение скорости вращения цилиндров приводит к осцилляциям (т.е. колебаниям жидкости), вначале с одной частотой, а потом со многими частотами, и, наконец, наступает хаотическое движение. Подобные явления наблюдаются также в лазерной физике, физике твердого тела, в полупроводниках при росте кристаллов.

Не менее интересны случаи, когда изменения внешних условий вызывают резкие изменения в строительной механике, например, при изгибе стержней, разрушении автоматов, деформациях тонких оболочек, причем такие неустойчивости могут наблюдаться не только в статике, но и в динамике. Аналогичные случаи самоорганизации можно было бы привести из электро- и радиотехники, из электроники.

Важными являются применения синергетики и в химии. Обычно, если при реагировании различных химических компонент проходит достаточно много времени и существует хорошее их перемешивание, то продукты реакции получаются однородными. Но в некоторых реакциях могут возникать временные, пространственные или смешанные пространственно-временные структуры. Наиболее ярким примером может служить так называемая реакция Белоусова-Жаботинского, когда происходит соединение в смеси некоторых веществ и при перемешивании ее возникают колебания концентрации, которые наблюдаются непосредственно глазом при изменении цвета смеси от красного к синему. В замкнутой системе, без подвода новых добавок реагентов эти колебания затухают, но при непрерывной подаче реагентов колебания могут продолжаться неограниченно долго. Возможны случаи и других упорядоченных структур, например, концентрических волн.

Наблюдались и другие синергетические явления как в химии на молекулярном уровне, так и в биохимии с участием сложных биологических многоатомных молекул. Укажем, что синергетика успешно внедряется и в биологию как на клеточном уровне, так и на уровне сообществ (популяций) животных. Известны также применения общих принципов синергетики к иммунным системам живых организмов (т.е. системам, защищающим организм от инфекций).

Синергетика начала вторгаться и в общую теорию вычислительных систем. Можно, оказывается, построить сеть вычислительных машин, которые не подчиняются управляющему компьютеру, а связаны между собой и сами распределяют задания, т.е. в такой системе имеет место самоорганизация. Здесь возникает очень интересная проблема: как можно создать надежные вычислительные системы из ненадежных элементов, которые работают на молекулярном уровне. По-видимому, природа справилась с такой задачей в здоровом мозге человека, где мы имеем систему из живых элементов – нейронов. В компьютере с ростом миниатюризации элементов растет и их ненадежность, в данном случае методы синергетики тоже дают свой рецепт борьбы с этим неприятным явлением.

Приведем без доказательства описание приема синергетики, который позволяет построить надежную память из не очень надежных элементов. Для того, чтобы обсудить поведение отдельного элемента, воспользуемся понятием «параметра порядка», который мы определим как частицу, которая двигается в двухъямном потенциальном поле. Два рабочих состояния частицы отождествляются с двумя минимумами потенциала. Очевидно, что, если потенциальный барьер низкий, то любой «шум» вынудит частицу беспорядочно перемещаться из одной неглубокой ямки в другую, и рабочее состояние становится невозможным. Однако если связать друг с другом несколько таких элементов, то потенциальный барьер между ямками возрастет, последние эффективно углубляются, и удержание частиц, т.е. параметр порядка станет возможным.

Синергетика в настоящее время уже находит широкое применение и в науках, которые не относятся к естествознанию и технике. С ее помощью научились решать некоторые проблемы экономики, социологии, экологии, философии, логики, искусствоведения и т.д. Подчеркнем, что главное в механизме всех таких применений сводится к тому, что практически во всех случаях рассматриваемые системы состоят из большого числа подсистем, находящихся в весьма сложных и запутанных взаимодействиях. При изменении внешних и внутренних условий процессов, т.е. изменении управляющих параметров, в системах могут образоваться в макромасштабах качественно новые структуры. Системы могут переходить из однородного состояния покоя в неоднородноединамическое состояние, либо хорошо упорядоченное, либо неупорядоченное. В упорядоченных состояниях могут происходить различные колебания с одной или многими частотами, а может возникать и хаос. Синергетика находит для решения этих проблем мощный математический аппарат, который состоит, как правило, из нелинейных дифференциальных уравнений, причем теория тесно связана с общими проблемами термодинамики необратимых процессов и статистической физикой.

Проблемы глобального эволюционизма, обращение к космическому измерению земной жизни, включая человека, неизбежно порождают философское размышление, активно подключают мировоззрение ученого, обсуждающего эти проблемы. Может быть мы действительно являемся свидетелями возникновения нового типа знания, которое уже и не естествознание и еще не философия? Как пишет Н.Н.Моисеев, "для меня учение о ноосфере выходит далеко за пределы естествознания, оно представляется основой для синтеза естественных и общественных наук"13. Значит, самое время сосредоточить внимание на трудностях и проблемах этого синтеза, ведь о нем мечтали столетия. По мнению Н.Н .Моисеева, главная идеология, способная преодолеть традиционный разрыв двух культур, естественнонаучной и гуманитарной, заключена в представлении о едином мировом процессе самоорганизации. Этот процесс может быть назван универсальным, или глобальным эволюционизмом, поскольку охватывает все существующие и мыслимые проявления материи и духа. Остается лишь не совсем ясным, какие же универсальные закономерности самоорганизации должен иметь в виду биолог, физик, геолог, историк, философ, культуролог, этнограф и тд., чтобы добиться взаимопонимания? Ведь несмотря на поддержку гуманистического пафоса изложения концепции самоорганизации трудно отвлечься от того факта, что эта концепция создана на основе неравновесной термодинамики, то есть внутри точного естествознания и "руками" естествоиспытателей. Тогда поговорим на естественнонаучном языке, оставив временно философию в стороне.

Для биологии проблема самоорганизации давно столь же кардинальна, как и проблема эволюции. К тому же эти два тренда биологических исследований всегда конфронтировали. Что же касается необратимости времени, как важнейшего положения синергетики, то "возраст" этой идеи в биологии придется отсчитывать скорее всего от Аристотеля, создавшего первую "лестницу су-ществ". До настоящего времени ни одна наука о природе не прониклась так глубоко идеей необратимости времени, как биология. Появление нового качества и случайный характер его "канализованности" изучается на разных уровнях организации с достаточно несовпадающими результатами относительно причинных механизмов.

Ближе к мечте В.И-Вернадского и к ожиданиям биологов то "оживление" Космоса, которое содержится в концепции В.П.Казначеева. Буквальное истолкование "космичности жизни", ее "всюдности" основано на выдвинутой В.П.Казначеевым гипотезе о существовании иной, чем белково-нуклеиновая, форме жизни. Эта "полевая", "информационно-энергетическая" форма пронизывает, как он полагает, как земную жизнь, так и космические пространства, создавая тем самым единое основание для глобально-эволюционных процессов. Но мешает принять эту концепцию во-первых, недостаточная научная ее доказательность и, во-вторых, неправомерное спутывание научных и философских срезов проблемы, способов аргументации, постоянное присутствие лидирующей роли "убеждения чувств", веры в пред-заданные установки. В научном плане синергетика несравненно доказательнее, но она, осмелюсь заметить, опять безжизненна и бесчеловечна, встраивая человеческое существование в картину мира ровно таким же образом, как это происходило во времена господства ньютонианского мировоззрения. Сохраняется основная логика "встраивания": если наука доказала универсальность процессов самоорганизации, если это свойство можно считать фундаментальным для всех материальных систем, то это значит, что человек и созданное им общество могут быть поняты на основе концепции самоорганизации. Ровно так же "это значит" звучало в отношении человека в механистической картине мира. Много ли преуспела наука о человеке, увлекаясь временами аналогиями то с механизмами, то с кибернетическими системами? Каждый раз открывались новые возможности в изучении свойств природно-биологического субстрата человека, но даже как природное существо человек "сопротивлялся" абсолютизации роли физикалистских подходов.

Целостность человеческого организма, как и любого другого живого существа, есть продукт эволюции, а биологическая эволюция не сводится лишь к аспекту самоорганизации. Какие бы разумные аргументы против дарвиновской концепции эволюции сегодня ни выдвигались, но именно Дарвин, как гениальный натуралист, показал далеко не полное совпадение проблем организации со всем объемом общебиологических проблем. Простые примеры "комфортности" жизнепроживания низкоорганизованных существ не только показывают относительность понятий "простое" и "сложное", "низшее" и "высшее", но и заставляют задумываться над тайной жизни в целом. Как бы жизнь ни была "схожа" с неживой материей по тем или иным параметрам, но в ее исследовании точными методами постоянно сохраняется "остаток", необъяснимый с их помощью.

Так вносит ли что-либо новое синергетика в биологию, дает ли стимул для развития биологического знания концепция глобального эволюционизма, построенная на понятии самоорганизации? Безусловно. Однако при одном непременном условии -если не рассматривать биологический эволюционизм в качестве лишь составной части новой концепции самоорганизации. В таком случае возможно и необходимо говорить о благотворном воздействии новых достижений физико-математических наук и философских их обобщений.

Во-первых, эти обобщения - еще один удар по механистической картине мира, которая, увы, оказалась удивительно живучей в силу соответствия здравому смыслу и позиции наивного реализма. Скорее всего правы те биологи, которые усматривают в сохранении верности ньютонианству одну из серьезных причин неразвитости теоретического знания в биологии. Не продуманными остаются методологические уроки физики XX века, что мешает активному использованию в биологии таких принципов как нелинейность, вероятность, а также новых подходов к элементарности, к пространству и времени и тд. В этом плане концепция самоорганизации способна содействовать укреплению идейных контактов биологии с физикой.

Во-вторых, выдвижение понятия самоорганизации в качестве основного в идеологии глобального эволюционизма созвучно новым методологическим тенденциям в биологии, связанным с переосмыслением роли организации. Длительное заси-лие исключительно эволюционистской методологии было серьезно поколеблено развитием системных исследований в последние два десятилетия. В настоящее же время системно-структурный подход все больше консолидируется с историческим, эволюционным, проясняя при этом упущенные эволюционизмом моменты. Но этот процесс не терпит легковесного подхода, замены реальных исследовательских задач общими декларациями. Сохраняются жгучие проблемы в теории морфогенеза, теоретических концепциях индивидуального развития, нуждается в прояснении роль формы, структурных закономерностей эволюции. Это значит, что проблемы организации живого составляют заботу самого биологического знания, обращенного, с одной стороны, ко всем общенаучным новациям, а с другой - к собственной истории, собственному опыту многотрудных попыток совместить организацию и эволюцию. Именно этот опыт, как исторически накопленный, так и современный, способен, думается, скорректировать обобщающие эволюционные концепции и определить место биологии в их создании.

Вместе с тем, концепции глобального эволюционизма затрагивают такой круг вопросов, который имеет непосредственное отношение к эволюционной биологии. Так, в современной биологической литературе придается большое значение разведению понятий "канализованности" и собственно "направленности". Дело в том, что первое понятие относится к более локальным событиям и успешно используется в биологии индивидуального развития либо при изучении отдельных этапов эволюции. В этом отношении показательно, что в западной литературе придается принципиальное значение различению понятии "development" и "evolution". Если к процессам, обозначаемым "development" относится вся совокупность проблем канализованности (вектор развития, пределы, ограничения развития, запреты), то понятие "evolution имеет дело с более принципиальными вопросами об универсальных характеристиках эволюционных процессов (проблема универсального понимания направленности и необратимости времени, роль отбора структуры, формы, соотношение случайного и-необходимого в развитии).